1 工程概況
   金鐘水利樞紐引水配套工程的水源來(lái)自金鐘水庫(kù)和雙溪口水庫(kù)通過(guò)隧道與引水工程管道相連，包括輸水干線、媽祖支線、莆田支線，具有口徑大、距離長(zhǎng)、壓力高、管道新的特點(diǎn)。工程設(shè)計(jì)流量4.21m3/s，輸水總長(zhǎng)89.1km，總投資5.84億元，其中輸水干線設(shè)計(jì)流量44億元。.21m3/s，管徑1800mm，總長(zhǎng)12.94km，從莆田市仙游縣寶峰到蓋尾，蓋尾分為媽祖支線和莆田支線。媽祖支線設(shè)計(jì)流量2.34m3/s，管徑1400mm，總長(zhǎng)51.41km，從7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)到莆田市湄洲灣北岸的母祖對(duì)臺(tái)貿(mào)易城。莆田支線設(shè)計(jì)流量1.26m3/s，管徑1000mm，總長(zhǎng)24.75km，沿途經(jīng)過(guò)華亭鎮(zhèn)至新度工業(yè)園區(qū)。本工程為重力流水，管道主要采用新興管道預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土管(以下簡(jiǎn)稱PCCP管道)，設(shè)計(jì)工作壓力為1.2MPa、1.4MPa、1.6MPa與國(guó)內(nèi)其他大型調(diào)水工程相比，工作壓力高是國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)的。
   2 調(diào)壓調(diào)流閥配置
   蒸汽腐蝕的直接原因是管道流體由于阻力的突變而產(chǎn)生閃蒸和空化。閥門(mén)調(diào)壓調(diào)流通過(guò)可移動(dòng)閥瓣與不移動(dòng)閥座之間形成的節(jié)流窗口大小來(lái)改變阻力特性。當(dāng)阻力突變時(shí)，很容易產(chǎn)生蒸汽腐蝕。當(dāng)流體通過(guò)節(jié)流孔時(shí)，由于流量不變，過(guò)段變小，流量突然增加。根據(jù)流體能量守恒定律，流量增加，靜壓突然下降，當(dāng)節(jié)流孔處的壓力降低到流體的飽和蒸汽壓力時(shí)，部分液體蒸發(fā)成氣體，氣泡在流束中形成。當(dāng)出口壓力仍低于飽和蒸汽壓力時(shí)，氣泡將保持在閥后，形成氣體和液體共存的現(xiàn)象，即閃蒸。閃蒸后，隨著過(guò)水段的增加，流量相應(yīng)降低，閥后壓力急劇上升。當(dāng)閥后壓力恢復(fù)到高于液體飽和蒸汽壓力時(shí)，壓縮閃蒸汽產(chǎn)生的氣泡由圓形變?yōu)闄E圓形，然后達(dá)到臨界尺寸的氣泡上游表面開(kāi)始變平，然后形成突然爆裂，稱為空化點(diǎn)。所有的能量都集中在液體飽和蒸汽壓力上，形成巨大的沖擊點(diǎn)上，形成巨大的沖擊。
   調(diào)壓調(diào)流一般考慮設(shè)置普通閥門(mén)，蝶閥一般選用大口徑管道。根據(jù)實(shí)際情況分析汽蝕系數(shù)δ不大于蝶閥的允許腐蝕系數(shù)δh選擇成本高的調(diào)壓調(diào)流閥，以避免嚴(yán)重的汽蝕。汽蝕系數(shù)計(jì)算公式如下：
   δ=（H2 H）/（ΔP v/2g）≈（H2 10）/ΔP
   式中：H閥后(出口)壓力，m；
   H飽和蒸氣壓差對(duì)應(yīng)于大氣壓及其溫度，
   取H=10m；
   ΔP閥前后壓差；
   δh允許蝶閥的汽蝕系數(shù)，δh=2.5。
   如果δ＞2.5.如果選擇蝶閥調(diào)壓調(diào)流；δ≤2.5，選擇調(diào)壓調(diào)流閥。
   金鐘水利樞紐引水配套工程取水口水位變化為140.00166.23m，平均水位為152.8m，設(shè)計(jì)流量4.21m3/s。閥門(mén)的進(jìn)口標(biāo)高為109.5m，設(shè)計(jì)要求閥門(mén)出口恒壓為128.2m，因此，閥門(mén)需要消能，工作壓差最小為0.30MPa，最大為0.60MPa。從計(jì)算公式可以看出，H2=128.2－109.5=18.7m，ΔP=30-60m，δ=（H2 10）/ΔP=0.48-0.96＜2.5.因此，選擇調(diào)壓調(diào)流閥，避免嚴(yán)重的汽蝕。
   參照北京自來(lái)水集團(tuán)分鐘寺壓力調(diào)節(jié)站、遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程等國(guó)內(nèi)其他水利調(diào)節(jié)工程，金鐘水利樞紐引水配套工程選用活塞式壓力調(diào)節(jié)閥。其工作原理如下：閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞狀圓柱（以下簡(jiǎn)稱活塞）在閥腔內(nèi)軸向運(yùn)動(dòng)，改變閥體出口過(guò)流面積，調(diào)整壓力和流量。活塞行程與管道內(nèi)的水流方向一致，如圖1所示。

圖1 活塞式調(diào)壓調(diào)流閥剖面圖

   水流進(jìn)入閥內(nèi)，繞過(guò)中間活塞，形成軸對(duì)稱形狀。無(wú)論活塞在哪里，閥腔橫截面上的水流都是環(huán)形的，收縮到出口的軸上，以防止腐蝕，有效避免腐蝕和振動(dòng)?；钊綁毫φ{(diào)節(jié)閥循環(huán)能力高，開(kāi)啟度接近線性關(guān)系，蒸汽腐蝕和振動(dòng)小。活塞式壓力調(diào)節(jié)閥出口調(diào)節(jié)部件E、S、F、LH或SZ有四種類型的輸水管道用于控流和調(diào)壓S型、LH或SZ型。
   為保證管道輸水安全，金中水利樞紐引水配套工程輸水干線起點(diǎn)和兩條線出口設(shè)置活塞式調(diào)壓閥，將壓力控制在安全范圍內(nèi)，保證流量恒定。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)置在輸水干線起點(diǎn)的調(diào)壓閥主要起調(diào)壓作用，穩(wěn)定管道工作壓力，保證管道安全，穩(wěn)壓塔不溢流，降低工程造價(jià)。相應(yīng)的自動(dòng)化控制以閥門(mén)前后的壓力表壓力信號(hào)為控制信號(hào)，調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)啟度。出口設(shè)置調(diào)壓閥，主要起調(diào)流作用，滿足不同工況下流量永恒的要求。相應(yīng)的自動(dòng)化控制以流量計(jì)流量為反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)啟度。
   3 設(shè)置調(diào)壓調(diào)流閥的技術(shù)要求
   (1)管道要求。調(diào)壓調(diào)流閥的開(kāi)度需要依靠閥前壓力傳感器、閥后壓力傳感器或流量傳感器將壓力或流量信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖?，由控制室根?jù)需要控制。要獲得穩(wěn)定的信號(hào)，需要閥前后的水流穩(wěn)定。一般需要閥前直管段長(zhǎng)度為35倍的管道直徑長(zhǎng)度。閥后由于調(diào)壓調(diào)流閥，水流對(duì)撞產(chǎn)生旋流消能后，管道內(nèi)會(huì)形成大量待爆炸的氣泡。
   (2)維護(hù)。調(diào)壓調(diào)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出流孔小，重量重DN一個(gè)重達(dá)2800的調(diào)壓調(diào)流閥t，一旦管道水中的雜物，如和塑料，一旦進(jìn)入閥體，很容易堵塞閥腔和出口孔。需要設(shè)置進(jìn)口孔，對(duì)壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行一般維護(hù)，清除雜物，解決拆除壓力調(diào)節(jié)閥后的問(wèn)題。為了進(jìn)行維護(hù)，需要在閥門(mén)前后設(shè)置一個(gè)蝶閥（蝶閥與壓力調(diào)節(jié)閥之間設(shè)置進(jìn)口孔），以切斷上下游管道中的水。蝶閥與壓力調(diào)節(jié)閥的距離應(yīng)滿足閥門(mén)前后直管的長(zhǎng)度要求，以確保水流穩(wěn)定，避免蝶閥的蒸發(fā)。
   (3)設(shè)置方法。調(diào)壓調(diào)流閥的設(shè)置方式與泵組相似，可并聯(lián)設(shè)置多個(gè)閥門(mén)，其中一個(gè)備用。確定并聯(lián)閥的數(shù)量和選擇，以及流通能力Cv它是主要參數(shù)之一。調(diào)節(jié)閥的循環(huán)能力定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥完全打開(kāi)時(shí)，閥兩端的壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，也稱為流量系數(shù)。Cv值按下式計(jì)算：

   
   式中：Q液體流量；ρ液體密度；ΔP閥門(mén)前后壓差。
   當(dāng)流體為水流時(shí)，ΔP=1m左右是最經(jīng)濟(jì)的情況，Cv=Q設(shè)置，計(jì)算局部水頭損失公式ΔH=ξv2/（2g）閥臺(tái)的數(shù)量可以聯(lián)合確定。當(dāng)然，確定閥臺(tái)數(shù)量也要考慮土建成本。選擇流量系數(shù)Cv計(jì)=1.5Cv，壓力調(diào)節(jié)閥的型號(hào)可以確定。壓力調(diào)節(jié)閥臺(tái)數(shù)量多，適應(yīng)流量變化范圍廣。通過(guò)打開(kāi)平臺(tái)數(shù)量的變化，在保證流量的前提下，壓力調(diào)節(jié)閥在最佳打開(kāi)度下運(yùn)行，降低了運(yùn)行噪聲，延長(zhǎng)了使用壽命。當(dāng)水庫(kù)水位低于最小設(shè)計(jì)水位時(shí)，即不需要壓力調(diào)節(jié)閥，為了最大限度地保持流量，壓力調(diào)節(jié)閥需要完全打開(kāi)，但閥頭損失很大，然后需要設(shè)置超過(guò)管道，超過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥，超過(guò)管段設(shè)置蝶閥。當(dāng)需要降壓時(shí)，蝶閥關(guān)閉，超過(guò)管道，水通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥。當(dāng)無(wú)需降壓時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，蝶閥打開(kāi)，水通過(guò)管道。
   （4）與壓力穩(wěn)定塔的位置有關(guān)。壓力穩(wěn)定塔的設(shè)置是為了確保輸水系統(tǒng)在各種運(yùn)行條件下盡可能接近管道的工作壓力，以降低工程成本。如果壓力穩(wěn)定塔設(shè)置在壓力調(diào)節(jié)閥上游，必然要求壓力穩(wěn)定塔高度高于工程進(jìn)水口的水位，一般會(huì)導(dǎo)致壓力穩(wěn)定塔高度高，增加工程投資，運(yùn)行不便，因此壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置在壓力穩(wěn)定塔上游。
   4 結(jié)語(yǔ)
   對(duì)于長(zhǎng)距離重力流水管道，在水位變化大、工作壓力高的情況下，一般設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥。隨著越來(lái)越多的長(zhǎng)距離水調(diào)節(jié)工程的完成，壓力調(diào)節(jié)閥將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)各種工程條件的要求，從特點(diǎn)、循環(huán)能力、腐蝕系數(shù)等技術(shù)參數(shù)分析計(jì)算，從適用性、先進(jìn)性、成本等方面進(jìn)行綜合比較，合理選擇壓力調(diào)節(jié)閥，對(duì)保證水管道的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要意義。
   參考文獻(xiàn)
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